Ultrazvučna formulacija nanostrukturiranih lipidnih nosača lijekova

Nanostrukturirani lipidni nosači (NLC) napredni su oblik sistema za isporuku lijekova nanometarskih dimenzija s lipidnom jezgrom i omotačem topivim u vodi. NLC imaju visoku stabilnost, štite aktivne biomolekule od razgradnje i omogućavaju produženo oslobađanje lijeka. Ultrazvučna obrada pouzdana je, efikasna i jednostavna tehnika za proizvodnju nanostrukturiranih lipidnih nosača s ugrađenom aktivnom tvari.

Ultrazvučna priprema nanostrukturiranih lipidnih nosača

Nanostrukturirani lipidni nosači (NLC) sadrže čvrsti lipid, tekući lipid i surfaktant u vodenom mediju, što im daje dobru topivost i svojstva bioraspoloživosti. NLC se široko koriste za formulaciju stabilnih sistema nosača lijekova s visokom bioraspoloživošću i produženim oslobađanjem lijeka. NLC imaju širok spektar primjena, od oralne do parenteralne primjene, uključujući topikalnu/transdermalnu, oftalmičku (okularnu) i plućnu primjenu.
Ultrazvučna disperzija i emulgovanje pouzdana su i efikasna tehnika za pripremu nanostrukturiranih lipidnih nosača s ugrađenim aktivnim spojevima. Ultrazvučna priprema NLC ima veliku prednost jer ne zahtijeva organsko otapalo, velike količine surfaktanta niti dodatne spojeve. Ultrazvučna formulacija NLC relativno je jednostavna metoda, jer se rastopljeni lipid dodaje otopini surfaktanta i zatim ultrazvučno obrađuje.

Primjeri protokola za ultrazvučno napunjene nanostrukturirane lipidne nosače

NLC napunjeni deksametazonom putem ultrazvučne obrade
Netoksičan potencijalni oftalmički NLC sistem pripremljen je ultrazvučnom obradom, što je rezultiralo uskom raspodjelom veličine, visokom efikasnošću ugradnje deksametazona i poboljšanom penetracijom. NLC sistemi su ultrazvučno pripremljeni pomoću Hielscher UP200S ultrazvučnog uređaja te komponenti Compritol 888 ATO, Miglyol 812N i Cremophor RH60.
Čvrsti lipid, tekući lipid i surfaktant rastopljeni su pomoću magnetne miješalice sa grijanjem na 85ºC. Zatim je deksametazon dodan u rastopljenu lipidnu smjesu i dispergovan. Čista voda je zagrijana na 85ºC, a dvije faze su ultrazvučno obrađene (pri amplitudi od 70% tokom 10 min) pomoću Hielscher UP200S ultrazvučnog homogenizatora. NLC sistem je ohlađen u ledenom kupatilu.
Ultrazvučno pripremljeni NLC pokazuju usku raspodjelu veličine, visoku efikasnost ugradnje DXM-a i poboljšanu penetraciju.
Istraživači preporučuju primjenu niske koncentracije surfaktanta i niske koncentracije lipida (npr. 2,5% za surfaktant i 10% za ukupni lipid), jer su tada kritični parametri stabilnosti (Z_ave, ZP, PDI) i kapacitet punjenja lijekom (EE%) odgovarajući, dok koncentracija emulgatora može ostati niska.
(usp. Kiss et al. 2019)

NLC napunjeni retinil palmitatom putem ultrazvučne obrade
Retinoid je široko korišten sastojak u dermatološkim terapijama protiv bora. Retinol i retinil palmitat dva su spoja iz grupe retinoida koji mogu povećati debljinu epidermisa i djelotvorni su kao sredstva protiv bora.
NLC formulacija pripremljena je metodom ultrazvučne obrade. Formulacija je sadržavala 7,2% cetil palmitata, 4,8% oleinske kiseline, 10% Tweena 80, 10% glicerina i 2% retinil palmitata. Za proizvodnju NLC napunjenih retinil palmitatom poduzeti su sljedeći koraci: smjesa rastopljenih lipida miješa se sa surfaktantom, ko-surfaktantom, glicerinom i deioniziranom vodom na 60-70°C. Ova smjesa se miješa mikserom visokog smicanja pri 9800rpm tokom 5 min. Nakon što se formira predemulzija, ona se odmah ultrazvučno obrađuje ultrazvučnim homogenizatorom sa sondom tokom 2 min. Zatim je dobiveni NLC držan na sobnoj temperaturi 24 h. Emulzija je pohranjena na sobnoj temperaturi 24 h i izmjerena je veličina nanočestica. NLC formula pokazala je veličine čestica u rasponu od 200-300nm. Dobiveni NLC ima blijedožutu boju, veličinu globula od 258±15,85 nm i indeks polidisperznosti od 0,31±0,09. TEM snimak ispod prikazuje ultrazvučno pripremljene NLC napunjene retinil palmitatom.
(usp. Pamudji et al. 2015)

NLC napunjeni Zingiber zerumbet putem ultrazvučne obrade
Nanostrukturirani lipidni nosači sastoje se od smjese čvrstog lipida, tekućeg lipida i surfaktanta. Oni su odlični sistemi za isporuku lijekova za primjenu bioaktivnih supstanci slabe topivosti u vodi i za znatno povećanje njihove bioraspoloživosti.
Poduzeti su sljedeći koraci za formulaciju NLC napunjenih Zingiber zerumbet. 1% čvrstog lipida, tj. gliceril monostearata, i 4% tekućeg lipida, tj. djevičanskog kokosovog ulja, pomiješano je i rastopljeno na 50°C kako bi se dobila homogena, bistra lipidna faza. Potom je dodano 1% ulja Zingiber zerumbet u lipidnu fazu, uz stalno održavanje temperature 10°C iznad tačke topljenja gliceril monostearata. Za pripremu vodene faze pomiješani su destilirana voda, Tween 80 i sojin lecitin u odgovarajućem omjeru. Vodena smjesa je odmah dodana u lipidnu smjesu da bi se formirala predemulzija. Predemulzija je zatim homogenizirana homogenizatorom visokog smicanja pri 11.000 rpm tokom 1 min. Nakon toga je predemulzija ultrazvučno obrađena ultrazvučnim uređajem sa sondom pri amplitudi od 50% tokom 20 min. Na kraju je NLC disperzija ohlađena u kupatilu s ledenom vodom do sobne temperature (25±1°C) kako bi se suspenzija naglo ohladila u hladnom kupatilu i spriječila agregacija čestica. NLC su pohranjeni na 4°C.
NLC napunjeni Zingiber zerumbet pokazuju nanometarsku veličinu od 80,47±1,33, stabilan indeks polidisperznosti od 0,188±2,72 i zeta potencijal od -38,9±2,11. Efikasnost enkapsulacije pokazuje sposobnost lipidnog nosača da enkapsulira ulje Zingiber zerumbet s efikasnošću većom od 80%.
(usp. Rosli et al. 2015)

NLC napunjeni valsaratanom putem ultrazvučne obrade
Valsaratan je blokator receptora angiotenzina II koji se koristi u antihipertenzivnim lijekovima. Valsartan ima nisku bioraspoloživost od samo oko 23% zbog slabe topivosti u vodi. Primjena ultrazvučne metode emulgovanja iz taline omogućila je pripremu NLC napunjenih valsaratanom sa znatno poboljšanom bioraspoloživošću.
Jednostavno, uljna otopina Val pomiješana je s određenom količinom rastopljenog lipidnog materijala na temperaturi 10°C iznad tačke topljenja lipida. Vodena otopina surfaktanta pripremljena je otapanjem određenih masa Tweena 80 i natrijevog deoksiholata. Otopina surfaktanta dodatno je zagrijana na istu temperaturu i pomiješana s uljnom lipidnom otopinom lijeka ultrazvučnom obradom sondom tokom 3 min. da bi se formirala emulzija. Zatim je nastala emulzija dispergovana u ohlađenoj vodi magnetnim miješanjem tokom 10 min. Nastali NLC odvojeni su centrifugiranjem. Uzorci iz supernatanta uzeti su i analizirani na koncentraciju Val pomoću validirane HPLC metode.
Ultrazvučna metoda emulgovanja iz taline ima niz prednosti, uključujući jednostavnost uz minimalne stresne uslove i odsustvo toksičnih organskih otapala. Postignuta maksimalna efikasnost ugradnje iznosila je 75,04%
(usp. Albekery et al. 2017)

Drugi aktivni spojevi, kao što su paklitaksel, klotrimazol, domperidon, puerarin i meloksikam, također su uspješno ugrađeni u čvrste lipidne nanočestice i nanostrukturirane lipidne nosače primjenom ultrazvučnih tehnika. (usp. Bahari i Hamishehkar 2016)

Ultrazvučna obrada kao metoda pripreme za formulaciju nanolipidnih nosača (NLC) može se primijeniti kao tehnika hladne ili vruće homogenizacije. Ultrazvučna homogenizacija rezultira uskom raspodjelom veličine čestica, što poboljšava stabilnost i svojstva skladištenja NLC.

Ultrazvučna hladna homogenizacija

Kada se tehnika hladne homogenizacije koristi za pripremu nanostrukturiranih lipidnih nosača, farmakološki aktivne molekule, tj. lijek, otapaju se u talini lipida, a zatim se brzo hlade tečnim azotom ili suhim ledom. Tokom hlađenja lipidi se skrutnjavaju. Čvrsta lipidna masa se zatim melje do veličine nanočestica. Lipidne nanočestice dispergovane su u hladnoj otopini surfaktanta, čime se dobija hladna predsuspenzija. Na kraju se ova suspenzija ultrazvučno obrađuje, često pomoću ultrazvučnog reaktora s protočnom ćelijom, na sobnoj temperaturi.
Budući da se supstance zagrijavaju samo jednom u prvom koraku, ultrazvučna hladna homogenizacija uglavnom se koristi za formulaciju lijekova osjetljivih na toplotu. Kako su mnoge bioaktivne molekule i farmaceutski spojevi sklone razgradnji toplotom, ultrazvučna hladna homogenizacija je široko korištena primjena. Dodatna prednost tehnike hladne homogenizacije je izbjegavanje vodene faze, što olakšava enkapsulaciju hidrofilnih molekula koje bi se inače mogle tokom vruće homogenizacije raspodijeliti iz tekuće lipidne faze u vodenu fazu.

Ultrazvučna vruća homogenizacija

Kada se ultrazvučna obrada koristi kao tehnika vruće homogenizacije, rastopljeni lipidi i aktivni spoj (tj. farmakološki aktivni sastojak) dispergiraju se u vrućem surfaktantu uz intenzivno miješanje kako bi se dobila predemulzija. Za proces vruće homogenizacije važno je da su obje otopine, suspenzija lipid/lijek i surfaktant, zagrijane na istu temperaturu (oko 5–10°C iznad tačke topljenja čvrstog lipida). U drugom koraku predemulzija se zatim obrađuje visokoefikasnom ultrazvučnom obradom uz održavanje temperature.

Visokoefikasni ultrazvučni uređaji za nanostrukturirane lipidne nosače

Moćni ultrazvučni sistemi kompanije Hielscher Ultrasonics koriste se širom svijeta u farmaceutskom istraživanju i razvoju i proizvodnji za izradu visokokvalitetnih nanonosača lijekova, kao što su čvrste lipidne nanočestice (SLN), nanostrukturirani lipidni nosači (NLC), nanoemulzije i nanokapsule. Kako bi ispunio zahtjeve svojih kupaca, Hielscher isporučuje ultrazvučne uređaje od kompaktnih, a ipak moćnih ručnih laboratorijskih homogenizatora i stolnih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema za proizvodnju velikih količina farmaceutskih formulacija. Na raspolaganju je širok izbor ultrazvučnih sonotroda i reaktora koji osiguravaju optimalno postavljanje za vašu proizvodnju nanostrukturiranih lipidnih nosača (NLC). Robusnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Kako bismo našim kupcima omogućili ispunjavanje zahtjeva dobre proizvođačke prakse (GMP) i uspostavljanje standardiziranih procesa, svi digitalni ultrazvučni uređaji opremljeni su inteligentnim softverom za precizno podešavanje parametara ultrazvučne obrade, kontinuirano praćenje procesa i automatsko bilježenje svih važnih procesnih parametara na ugrađenu SD karticu. Visoka kvaliteta proizvoda zavisi od kontrole procesa i kontinuirano visokih standarda obrade. Ultrazvučni uređaji kompanije Hielscher pomažu vam da pratite i standardizirate svoj proces!

Industrijski ultrazvučni procesori kompanije Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano koristiti u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Tabela ispod daje vam okvirnu informaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja: